Изображение искусственной мышцы из углеродных нанотрубок, полученное при помощи сканирующего электронного микроскопа. (кликните картинку для увеличения)

21.11.2012 (8:58)
Просмотров: 5852
Рейтинг: 1.88
Голосов: 8

Теги:
мышца, графен, нанотрубка,

Технология >> Нанотехнология

Международная команда исследователей предложила новую конструкцию искусственных мышц из углеродных нанотрубок (или нитей), смазанных воском. Созданные структуры отличаются от предложенных ранее тем, что им не нужен внешний электролит, чтобы нормально функционировать. Такая мышца может поднять груз, масса которого более чем в 100 тысяч раз превышает их собственный вес. Кроме того, она может сокращаться и расслабляться достаточно быстро, работая при этом в очень широком диапазоне температур. Перечисленные свойства делают новую структуру идеальной для будущих возможных применений при создании человекоподобных роботов, умных тканей или роторных двигателей принципиально новой конструкции.

Международная группа ученых под руководством специалистов из University of Texas (США) создавала свою искусственную мышцу в несколько этапов. Сначала был выращен массив вертикальных углеродных нанотрубок, представляющих собой полые трубки из свернутого в цилиндр графена (двумерных листов атомов углерода, образующих гексагональную решетку). Затем ученые отделяли тонкий слой углеродных нитей из массива и скручивали их между собой, так, чтобы они переплелись наподобие пряжи. После этого полученные нити обрабатывался расплавленным воском, а каждый из концов «мышцы» подключался к источнику питания.

При подаче напряжения к созданной таким образом мышце, воск нагревается и расширяется. Давление, возникающее в результате этого расширения, ведет к более сильному взаимодействию между скрученными нитями, стремящимися «раскрутиться». Таким образом, создается вращательный момент, аналогичный тому, который наблюдается при попытке растяжения винтовой пружины. Как только воск остывает, пряжа начинает сворачиваться в противоположном направлении.

Углеродные нанотрубки являются идеальным материалом для создания таких нитей, ведь они легкие, практически, как воздух (плотность созданных искусственных мышц не превышает 1,5 г/куб.см), но при этом они прочнее стали и могут воздействовать на груз с силой, достигающей 560 МПа*см/г. Возникающая сила может использоваться, к примеру, для вращения турбинной лопатки со средней скоростью 11500 оборотов в минуту в течение более чем 2 миллионов необратимых циклов. Кроме того, подобные «восковые» мышцы могут поднять груз, вес которого в 100 тысяч раз превышает их собственный. При сжатии подобная «мышца» генерирует в 85 раз больше механической энергии, чем ее природные аналоги, это эквивалентно способности поднимать груз в 200 раз превышающий возможности природных аналогов (для физических мышц того же диаметра).

Надо отметить, что создававшиеся ранее искусственные мышцы работали по тем же принципам, правда, углеродные нанотрубки приходилось погружать в жидкий электролит. Использование воска делает не обязательным применение внешней проводящей жидкости, т.е. налицо значительное упрощение конструкции. В теории подобная схема может работать и без воска. Скручивание нитей повышает коэффициент теплового расширения в 10 раз, даже без заполнения воском.

По словам ученых, столь высокий коэффициент теплового расширения означает, что их разработка могла бы использоваться при создании так называемых интеллектуальных тканей, которые могли бы работать в диапазоне температур от -50 до 2500 градусов по шкале Цельсия. Такой текстиль мог бы адаптироваться к потребностям владельца при изменении внешней температуры, к примеру, становиться менее или более пористой.

Подробные результаты работы, а также другие идеи относительно возможного применения разработанных мышц опубликованы в журнале Science.

	Читать @SciLibCom Твитнуть Нравится

Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:

Новость подготовлена по материалам ресурса nanotechweb.org